气相色谱基础知识

1. 气相色谱基础知识

2. 色谱 石油醚 组分 色素 碳酸钙颗粒 一、色谱起源

3. 二、定义 色谱法：利用组分在两相间分配系数不同 而进行分离的技术 移动相：携带样品流过整个系统的流体 固定相：静止不动的一相，色谱柱

4. 三、分类

5. 气相色谱流程图 流量控制器 载气 进样口 柱温箱 检测器 数据处理

6. 载气 作为流动相使用的气体： －惰性 －气体扩散性小 －纯净 －便宜 －与检测器相匹配 常用气体：N2，He，H2，Ar等

7. 载气 载气纯度： 高纯度载气有助于延长色谱柱使用寿命且提高 检测器灵敏度 • 氮气（纯度99.999%） • 氦气（纯度99.995%） • 氩气（纯度99.99%） • 氢气（纯度99.99%以上）注意安全 返回

8. Air H2 P M 流量控制器（CFC） 流量控制器前视图 P表：恒压控制， 用于毛细柱分析 M表：恒流控制 用于填充柱分析 流量控制器顶视图

9. SPL/Spless 毛细柱 INJ 1 6kg/cm2 填充柱1 INJ2 填充柱2 载气控制方式的选择 • 填充柱分析采用恒流方式（质量流量） • 毛细柱分析采用恒压方式

10. 阻尼管 载气（6～8kgf/cm2） 氢气 Air2 H2 2 Primary M2 空气 Air1 H2 1 P1 M1 FPD FID1 FID2 ECD FTD SPL INJ1 INJ2 流量控制器（CFC） 返回

11. 进样口 • 填充柱进样口（WBI） • 毛细管柱进样口（SPL/SPLESS） • 冷柱头进样口（OCI） 只适用于0.53mmID的宽孔径毛细柱 • 程序升温进样口（PTV） 可实现大体积进样（数十～数百微升） 进样口类型

12. 进样口 进样口比较 • WBI，SPL/SPLESS 热进样，进样口温度比柱温高30℃左右 歧视效应：因插针和拔针过程中样品组分蒸发程度不同而导致测得结果中低沸点组分偏高，高沸点组分偏低。 • OCI，PTV 冷进样，有助于克服样品热分解和歧视效应 定量精度高 NEXT

13. 歧视效应的产生 歧视:蒸馏现象 高沸点组分残留 低沸点组分百分比偏高 进针 退针

14. 歧 视 效 应 进样体积越小，歧视现象越严重。 (%) n-C9 52 51 50 49 48 n-C4 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 (uL) 返回 进 样 体 积 和 峰 面 积 比

15. 冷进样 • 概念 样品是在溶液状态--低于样品沸点的温度下进样 气化室快速升温使样品气化 • PTV进样方式 分流进样(高浓度样) 无分流进样 (低浓度样) 大体积进样—LVI (痕量分析) • OCI柱头进样 • 只适用于0.53内径的柱子 • 无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子）， • 进样量一般小于2ul

16. SPLESS、OCI及PTV-SPLESS比较 氨基甲酸盐农药的热分解现象 Splitless Cool-on-Column Spless-PTV

17. 溶剂 空气 样品 空气 进样技术的改进 溶剂冲洗法 优点：减少热进样时的样品歧视效应

18. 载气 玻璃衬管 填充柱 进样口 填充柱进样口示意图

19. 隔垫吹扫出口 载气 分流出口 F1 玻璃衬管 F2 进样口 分流/不分流进样口示意图 分流比： SPL.R＝F1:F2 毛细管柱

20. 隔垫吹扫出口 载气 加热 -250℃/min F1 玻璃衬管 玻璃衬管 0.53mmID 宽孔毛细柱 F2 进样口 冷柱头进样口(OCI) PTV进样口 隔垫吹扫出口 载气 分流出口 返回

21. 色谱柱 气相色谱固定相 • 固体-- 活性炭、活性铝、硅胶、分子筛等，用于无机气体及低碳烃分析 • 液体-- 硅酮、聚乙二醇、聚脂等，用于液体样品及高沸点化合物分析

22. 色谱柱 色谱柱类型

23. 色谱柱 柱性能指标： 柱效、分离度

24. 色谱柱 柱效 通常以理论塔板数（n）或理论塔板高度（H）表示 H= L/n L为柱长 Wh/2 开始 h h/2 tR

25. 色谱柱 载气流速与柱效关系 HETP Van Deemter方程 HETP=A+B/u+Cu Hmin uopt u cm/s

26. 色谱柱 载气种类对柱效的影响

27. 色谱柱 如何提高柱效 • 使用内径较小的柱 • 减小固定相液膜厚度 • 减小进样量 • 使用更长的色谱柱 • 使用程序升温/升压 NEXT

28. 0.22mm x 25m 内径对毛细柱分离的影响 返回

29. CBP1-W25-100 膜厚 5um CBP1-W25-500 膜厚 1um 膜厚对毛细柱分离的影响 返回

30. 进样量对毛细柱分离的影响 返回

31. 色谱柱 载气线速度和流量测定 线速度： 柱长：L＝πdk 式中 d为柱圈直径；k为柱圈圈数 tm为不保留组分的保留时间，可采用低碳烃如甲烷的保留时间。 柱流量：F＝πr2μ*60 式中 r为柱内半径，cm； μ为载气线速度，cm/s

32. 色谱柱 分离度（R）：柱将两个相邻峰彼此分离的程度。 式中：tR1，tR2分别为两个相邻峰的保留时间 W1，W2分别为两个相邻峰的峰宽 当R＝1.5时，分离程度可达99.7％，认为两峰完全分离。

33. 色谱柱的选择 • 固定液极性的选择（按相似相溶原则） 非极性固定液------有按沸点顺序溶出倾向 极性固定液 ------ 沸点相同时，按极性由小到大 的顺序溶出 • 固定液的浓度或毛细管柱的膜厚 对低沸点化合物 高浓度（10%～30%) 高膜厚(1～5μm) 对高沸点化合物 低浓度（1%～5%) 低膜厚(0.25～0.5μm)

34. 色谱柱 各公司常用色谱柱牌号对照表

35. 色谱柱 色谱柱的老化 • 为什么必须进行色谱柱老化？ 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。 新柱老化时，最好不要连接检测器。 • 每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。

36. 进样口、色谱柱、检测器的温度设定 • 进样口温度 考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。 • 色谱柱温度 考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期， 宽沸程样品应使用程序升温。 • 检测器温度 防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30℃。 DET.T≥INJ.T≥COL.T+20℃

37. 色谱柱 出现鬼峰的原因： 1. 进样隔垫失效 2。进样口污染 3. 载气含水分及其它不纯物 4. 不锈钢管及阀污染 5. 填料老化不足 6. 填充剂劣化 返回

38. 检测器 气相色谱常用检测器 • 广谱检测器： FID、TCD • 选择性检测器： FTD、FPD、ECD

39. 检测器 FID（氢火焰离子化检测器） • 原理 组分在氢火焰中燃烧电离生成各种正离子、负离子和电子，被收集转变为电流，经放大后即为检测器信号。 • 应用范围 碳氢化合物 • 对FID无响应的物质 O2、N2、H2、CO 、CO2、CS2、NH3、H2O、稀有气体、氮的氧化物等

40. 检测器 FID操作流量设定

41. 检测器 FID操作参数设定 • 温度 检测器温度至少高于柱温20℃ • 极性（POL） 1，2 • 量程（RANGE） 0～3

42. 检测器 TCD（热导检测器） • 原理 当携带了样品的载气流过检测器时，因导热系数的差异使铼钨丝的温度发生变化，引起电阻值发生变化而产生色谱信号。 • 应用范围 有机、无机化合物

43. 检测器 TCD操作参数设定 • 流量 参比池和样品池流量尽量相同 • 温度 检测器温度至少高于柱温30℃ • 电流（CURR，mA） 电流设定应参考仪器所附参照表 关机时，电流设为0或一小值（3～5mA） • 极性（POL） 1，2

44. 检测器 • 灯丝电流越大，灵敏度越高 • 检测器温度越低，灵敏度越高 • 用氢气或氦气作载气比氮气灵敏度高 影响TCD检测灵敏度的因素

45. 检测器 • 原理： 当电负性大的物质通过检测器时，将会捕获低能热电子，引起池电流的减小，为保持电流恒定所加上的相应脉冲数的变化即为色谱信号。 • 应用范围 有机卤代物，含电负性基团（如－C＝O，－NO2）的有机物 ECD检测器

46. 检测器 ECD检测器 设定参数 1)温度 最高温度<350℃ 2)电流（CURR，nA） 电流设定越高，灵敏度越高，噪声大，寿命短，一般设定在1nA或1nA以下 3)量程（RANGE） 0，1

47. 检测器 FPD检测器 • 原理 含硫或含磷化合物在火焰中燃烧发出特征波长的光，经光电倍增管转变为电信号输出。 • 应用范围 有机硫、有机磷化合物

48. 检测器 设定参数 1）温度 底部、中部温度设置 2）量程（Range） FPD检测器

49. 检测器 • 原理 含氮或含磷化合物到达富含碱金属盐蒸气的火焰中发生热分解，热分解产物吸收碱金属放出的电子，碱金属阳离子被收集极收集，作为信号电流被检测。 • 应用范围 有机氮、有机磷化合物 FTD检测器（氮磷检测器）

50. 检测器 FTD检测器 设定参数 1）温度 2）量程（Range） 3）背景电流（CURR，nA） 返回